无铅焊接工艺技术14998.docx

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1、毕业设计计报告（论论文）报告（论论文）题题目：无无铅焊接接工艺技技术 作者所在在系部： 电子子工程系系 作者所在在专业： 电电子工艺艺与管理理 作者所在在班级： 102252004 作 者 姓 名名 ： 董董朋飞 作 者 学 号号 ： 20110300252204 指导教师师姓名： 梁万雷雷 完 成 时 间间 ：220133年5月28日北华航天天工业学学院教务务处制北华航天天工业学学院电子子工程系系毕业设计计（论文文）任务务书姓 名：董朋飞专业：电子工艺艺与管理理班 级级：102552学号：20100302252004指导教师师：梁万雷职 称：实验师完成时间间：20133.055.28毕业设计

2、计（论文文）题目目：无铅焊接接工艺技技术设计目标标：通过对无无铅焊料料及焊接接工艺技技术的分分析，总总结无铅铅焊接技技术的工工艺特点点，提出出无铅焊焊接工艺艺相应的的解决办办法。技术要求求：1、无铅铅焊料。2、无铅铅焊接工工艺流程程。3、无铅铅焊接工工艺技术术与设备备。4、无铅铅焊接常常见缺陷陷。5、对典典型焊接接缺陷能能进行正正确分析析，并提提出合理理解决措措施。所需仪器器设备：SMT生生产线、 计算机机、扫描描仪。成果验收收形式：论文参考文献献：实用表面面组装技技术，SSMT相相关论文文等。时间安排15周-6周周资料查阅阅39周-133周撰写论文文27周-8周周方案设计计414周-116周

3、成果验收收指导教师师：教研室室主任：系主任任：指 导导 教教 师师 情情 况况姓 名名梁万雷技术职称称实验师工作单位位北华航天天工业学学院指 导 教 师师 评 语指导教师师评定成成绩：指导教师师签字：年月日答 辩 委 员员 会 评 语语最终评定定成绩：答辩委员员会主任任签字：单位（公公章）年月日摘 要此论文写写了无铅铅焊接工工艺技术术的产生生定义和和内容，以以及特点点；写了了无铅焊焊料，以以及无铅铅焊料的的种类，包包括Snn-Agg系、Snn-Znn系、Snn-Bii系、Snn-Cuu系等等；写了无无铅焊接接工艺技技术的工工艺流程程，即其其工艺的的五个步步骤，并并写了在在此基础础上产生生的新的

4、的工艺与与设备的的应用；写了无无铅焊接接的常见见缺陷“黑盘”现象、表表面裂纹纹（龟裂裂）、焊焊点剥离离、晶须须、离子子迁移、元素污染等等，重点研究了“黑盘”现象、表面裂纹（龟裂）、焊点剥离的产生现象，产生机理以及解决措施。关键词 无铅铅焊接工工艺技术术 工工艺流程程 设备无无铅焊料料 无铅焊焊接常见见缺陷目 录第1章绪绪论41.1 无铅焊焊接工艺艺技术的的产生441.2 无铅焊焊接工艺艺技术的的定义55第2章无无铅焊料料62.1无无铅焊料料的提出出与发展展阶段662.2 无铅焊焊料的要要求72.3 无铅焊焊料的种种类72.3.1 SSn-AAg系列列72.3.2 SSn-ZZn系列列82.3.

5、3 SSn-BBi系列列82.3.4 SSn-CCu系列列92.4 无铅焊焊料的国国内外现现状92.5 无铅焊焊料的问问题100第3章无无铅焊接接工艺流流程1113.1 工艺流流程简介介113.1.1 无无铅焊接接的现状状113.1.2无铅铅焊接的的特点和和对策1123.1.3无铅铅工艺对对助焊剂剂的挑战战123.1.4氮气气在焊接接中的工工艺应用用143.2 无铅焊焊接工艺艺的五个个步骤114第4章无无铅焊接接工艺技技术与设设备1664.1 无铅焊焊接工艺艺技术的的特点1164.2 新的无无铅焊接接工艺及及设备1164.2.1 元元器件及及PCBB板的无无铅化1164.2.2 焊焊接设备备的

6、无铅铅化166第5章无无铅焊接接常见缺缺陷以及及解决措措施2115.1 缺陷的的种类2215.2 “黑盘”现象2115.2.1 产产生此现现象的表表现2115.2.2 产产生机理理225.2.3 解解决措施施235.3 表面裂裂纹（龟龟裂）2235.3.1 产生生此现象象的表现现235.3.2 产产生机理理255.3.3 解解决措施施265.4 剥离2665.4.1 产产生此现现象的表表现2665.4.2 产产生机理理275.4.3 解解决措施施28第6章结结论299致谢300参考文献献31附录322无铅焊接接工艺技技术第1章 绪论论1.1 无铅焊焊接工艺艺技术的的产生现在的板板卡设备备上的芯

7、芯片，都都是通过过芯片的的封装下下面的小小焊点和和PCBB板连接接的。这这些小焊焊点传统统上是用用铅的，然然而Pbb是一种种有毒的的金属，对对人体有有害，并并且对自自然环境境有很大大的破坏坏性。铅的特性性及对人人体的危危害：铅铅（leead Pb），灰灰白色金金属，熔熔点为3327.5，加热热至40005000时即有有大量铅铅蒸气逸逸出，并并在空气气中迅速速氧化成成氧化亚亚铅而凝凝集为烟烟尘并四四处逸散散。在工工业中与与铅接触触的行业业主要有有铅矿开开采，铅铅烧绳索索和精练练、蓄电电池制造造、电子子产品的的焊接和和电子元元件的喷喷铅作业业等等。在在以上接接触中铅铅及其化化合物主主要通过过呼吸和

8、和消化道道入侵人人体造成成铅中毒毒，对人人体健康康构成危危害。美美国环保保署研究究发现，铅铅及其化化合物是是17种种严重危危害人类类寿命和和自然环环境的化化学物质质之一。通通常的职职业性铅铅中毒都都是慢性性中毒，其其对人体体的神经经系统、消消化系统统和血液液系统都都将造成成干扰和和伤害，其其临订症症状表现现为头昏昏头痛、乏乏力、记记忆力下下降、恶恶心、烦烦躁、食食欲不振振、腹部部胀痛、贫贫血、精精神障碍碍等。综上所述述，世界界大多数数国家开开始禁止止在焊接接材料中中使用含含铅的成成分。日日本在220044年禁止止生产或或销售使使用有铅铅材料焊焊接的电电子生产产设备；欧美在在20006年禁禁止生

9、产产或销售售使用有有铅材料料焊接的的电子生生产设备备；中国国在20004年年已进入入无铅焊焊接。因因此，在在这种情情况下，电电子材料料开始生生产无铅铅焊料。 欧盟为了限制有害物质在电子电器产品中的使用，并透过妥善的回收及处理废弃电子电器产品达到保护人类健康的目的，于2003年颁布2002/95/EC号法令，即RoHS法令（Restriction of the use of Hazardous Substances in Electrical and Electronic Equipment Pirective）电子电机产品之危害物质限用法令。 中国政府一直在给以密切关注和研究对策，国务院专门责

10、成信息产业部负责针对欧盟环保指令的研究和应对工作。信息产业部根据清洁生产促进法和固体废物污染环境防治法等有关法规制定的电子信息产品污染防治管理办法已经完成，并于2005年1月1日起施行。电子信息产品污染防治管理办法规定，自2006年7月1日起，列入电子信息产品污染重点防治目录中的电子信息产品中不得含有铅、汞、镉、六价铬、聚合溴化联苯乙醚和聚合溴化联苯及其他有毒有害物质。对于2006年7月1日以前的一段时间，中国政府要求电子信息产品制造商们实行有毒有害物质的减量化生产措施，并积极寻找可替代品。同时，一个名为“电子信息产品污染防治标准工作组”的机构也已经开始筹备成立，该机构的主要任务是研究和建立符

11、合中国国情的电子信息产品污染防治标准，开展与电子信息产品污染防治有关的标准研究和制定工作，特别是加快制定急需的材料、工艺、测试方法和实验方法的基础标准。无铅焊接接工艺技技术则是是使用一一种无铅铅的合成成物来取取代铅。不不过，从从有铅产产品转到到无铅产产品是个个复杂的的过程，影影响到所所有的电电子器件件供应商商，并带带来许多多供应链链、无铅铅制程和和可靠性性方面的的挑战，它它要求用用基于无无铅的材材料替代代过去使使用的富富含铅的的焊料和和装配过过程中用用到的有有铅材料料。无铅铅焊接工工艺技术术带来的的并不全全是革命命性的转转变，它它还是属属于一个个“发展”技术。1.2 无铅焊焊接工艺艺技术的的定

12、义无铅焊接接工艺技技术是从从现有的的含铅SSMT技技术上发发展而来来的。自自有SMMT技术术时代开开始，快快速扩张张的用户户市场，使使工业界界已经认认识到“革命”式改变变的害处处，具备备较多的的“发展性性”当然是是件好事事，然而而对于无无铅技术术来说，这这却也非非简单。在在SMTT的发展展过程中中，我们们已经有有经历过过几次影影响较大大的“发展”经验，例例如栅阵阵排列焊焊端技术术 (BBGA)、Fliip-CChipp等等。有有些用户户可能对对于这些些技术带带来的挑挑战还记记忆犹新新。但无无铅焊接接工艺技技术的到到来，和和以前的的几个技技术相比比之下，其其难度和和挑战绝绝对是有有过之而而无不及

13、及。焊接技术术实际上上就是各各种焊接接方法、焊焊接材料料、焊接接工艺以以及焊接接设备等等及其基基础理论论的总称称。其中中讲到了了焊接，母母材，焊焊丝，SSMT等等.第2章 无铅铅焊料2.1无无铅焊料料的提出出与发展展阶段铅锡焊料料的应用用已有悠悠久的历历史。由由于它具具有较低低的熔点点、良好好的性价价比以及及易获得得性，铅铅锡焊料料成为低低温焊料料中最主主要的焊焊料系列列，被广广泛用于于食品容容器、有有色金属属、建筑筑金属构构件、运运行机械械、输水水系统管管道以及及其它流流体和气气体管道道装置的的焊接等等领域。电电子技术术的发展展，铅锡锡焊料扮扮演了重重要的角角色，使其应应用领域域和需求求量得

14、到到大幅度度增加。进入200世纪后后期，随随着现代代工业和和科学技技术的发发展，人人们对环环境的保保护意识识越来越越强，铅铅锡合金金带来的的负面影影响日渐渐突出，引引起全球球范围内内的高度度重视。欧美一一些发达达国家均均以立法法的形式式禁止和和限制使使用含铅铅制品，美国环环保局将将铅列入入对人类类自身最最有危害害的177种化学学物质之之一。19944年，北北欧环境境部长会会议提出出逐步取取缔铅的的使用，以以减少铅铅对人类类健康和和生存环环境的危危害。欧欧洲国家家相继提提出有关关法律草草案，规规定从220022年1月月1日起起在汽车车上取消消铅、汞汞、镉等等有毒金金属(铅铅蓄电池池除外)的使用用

15、。从20008年起起在电子子工业中中禁止使使用含铅铅焊料材材料。日本贸贸易部也也作出类类似的法法律规定定。在中中国，提出了了废旧电电池统一一回收的的试行方方案，其目的的也是减减少铅对对环境的的污染。在在世界范范围内保保护环境境的大趋趋势下，对含铅铅产品的的限制或或禁止使使用，终将以以法律形形式加以以确定。这这导致了了“无铅铅焊料”成成为全球球性的研研究热点点。无铅焊料料的发展展是由于于人们认认识到生生态环境境的重要要性以及及人的身身体健康康而发展展起来的的，其大大致可以以分为以以下几个个阶段:(1)无无铅焊料料的提出出阶段119911年和119933年，美美国参议议院提出出“Reiid BBi

16、lll”，要求求将电子子焊料中中铅含量量控制在在0.11%以下下。由于于当时所所有的电电子产品品都离不不开有铅铅焊料， 有铅焊焊料发展展得也相相当成熟熟，而在在那时人人们对生生态环境境的保护护意识还还不够，对对铅对人人体损伤伤的认识识不足，因因而没有有受到重重视。(2)无无铅焊料料的发起起阶段从从19991年起起NEMMI、NNCMSS、NIIST、NNPL、PPCIFF、ITTRI、JJIEPP等组织织相继开开展无铅铅焊料的的专题研研究，耗耗资超过过20000万美美元，目目前仍在在继续。(3)无无铅焊料料的运用用阶段在在19998 年年10 月，第第一款批批量生产产的无铅铅电子产产品Paan

17、assoniicMiiniDDisccMJ330问世世。200世纪990年代代中期，日日本和欧欧盟作出出了相应应的立法法:日本本规定220011年在电电子工业业中淘汰汰铅焊料料，在220044年禁止止生产或或销售使使用有铅铅焊料焊焊接的电电子生产产设备；而欧美美在20006 年禁止止生产或或销售使使用有铅铅材料焊焊接的电电子生产产设备，但但是由于于无铅焊焊料还存存在技术术上的原原因，在在20008年才才能实现现电子产产品无铅铅化。2.2 无铅焊焊料的要要求（1）使使用产品品时的材材料消耗耗情况。（2）产产品制造造过程中中使用的的能量情情况。（3）产产品处理理后的重重复使用用性。（4）材材料从制

18、制造到再再生利用用这期间间的辐射射情况。经经过大量量的比较较后筛选选出几种种好的锡锡合金，它们为为铜(CCu)、银银(Agg)、钢钢(Inn)、锌锌(Znn)、铋铋(Bii)、锑锑(Sbb)。选选择这些些金属材材料可在在和锡组组成合金金时降低低焊料的的熔点，使其得得到理想想的物理理特性。2.3无无铅焊料料的种类类现在各种种系别组组成的无无铅焊料料合金有有很多种种，其中中主要有有：SnnAgg、SnnZnn、SnnBii、SnnCuu等二元元合金以以及在此此基础上上添加其其他合金金元素形形成的三三元、四四元乃至至五元合合金。下下面就对对现今主主要的无无铅焊料料合金组组织结构构及性能能进行介介绍。

19、2.3.1Snn-Agg系列SnAAg系焊焊料作为为锡铅替替代品已已在电子子工业使使用了多多年。典典型的组组成比例例是Snn96.5-AAg3.5，其其熔点为为221。这种焊焊料所形形成的合合金组织织是由不不含银的的纯Sn和和微细的的Ag33Sn相相组成的的二元共共晶组织织。添加加Ag所所形成的的Ag33Sn因因为晶粒粒细小，对对改善机机械性能能有很大大的贡献献。随着着Ag含含量的增增加，其其屈服强强度和拉拉伸强度度也相应应增加。从从强度方方面来说说，添加加1-22以上上的Agg就能与与Sn-Pb共共晶焊锡锡相同或或者超过过它。添添加3以上的的Ag，强强度值显显著比SSn-PPb共晶晶焊锡要要

20、高，但但超过33.5以后，拉拉伸强度度相对降降低。这这是因为为除了微微细的AAg3SSn结晶晶以外，还还形成了了最大可可达数十十微米的的板状AAg3SSn初晶晶。形成成粗大的的金属间间化合物物不仅使使强度降降低，而而且对疲疲劳和冲冲击性能能也有不不良影响响，因此此对Agg的含量量和金属属界面的的金属间间化合物物要进行行认真的的考究。在Sn-Ag合合金里添添加Cuu，能够够在维持持Sn-Ag合合金良好好性能的的同时稍稍微降低低熔点，而而且添加加Cu以以后，能能够减少少所焊材材料中铜铜的浸析析。SnnAggCuu无铅焊焊料是目目前被认认为最接接近实用用化的SSnPPb焊料料替代品品，也是是目前无无

21、铅焊料料得首选选。典型型的组成成比例是是Sn33.0AAg0.5Cuu，熔点点为21162217。Sn与与次要元元素Agg和Cuu之间的的冶金反反应是决决定应用用温度、同同化机制制及机械械性能的的主要因因素。在在这三元元素之间间有三种种可能的的二元共共晶反应应。在温温度动力力学上SSn更适适合与AAg或CCu反应应，来形形成Agg3Snn或Cuu6Snn5金属属间化合合物。AAg3SSn细微微结晶具具有相当当长的纤纤维状组组织。AAg与CCu一样样也是几几乎不能能固溶于于-Snn的元素素。较硬硬的Agg3Snn和Cuu6Snn5粒子子在锡基基质的锡锡银铜三三重合金金中，可可通过建建立一个个长期

22、的的内部应应力，有有效地强强化合金金。这些些硬粒子子也可有有效地阻阻挡疲劳劳裂纹的的蔓延。AAg3SSn和CCu6SSn5粒粒子的形形成可分分隔较细细小的锡锡基质颗颗粒。AAg3SSn和CCu6SSn5粒粒子越细细小，越越可以有有效地分分隔锡基基质颗粒粒，结果果是得到到整体更更细小的的微组织织。这有有助于颗颗粒边界界的滑动动机制，因因此延长长了提升升温度下下的疲劳劳寿命。SSn3.0Agg0.55Cu焊焊点中SSn先结结晶，以以枝晶状状（树状状）出现现，中间间夹Cuu6Snn5和AAg3SSn。当当Cu含含量在00.51.33，Ag含含量在33.03.55时可以以得到比比较好的的合金性性能。2

23、.3.2Snn-Znn系列SnZZn系无无铅合金金的典型型组成比比例为SSn9ZZn，熔熔点是1199，被认认为是最最有发展展潜力的的无铅焊焊料。SSn、ZZn元素素以固溶溶体的形形式构成成合金，说说明了SSnZZn有较较好的互互熔性。ZZn能均均匀致密密的分散散在Snn中。但但由于存存在润湿湿性和抗抗氧化性性差等问问题曾被被认为是是一种并并不理想想的无铅铅焊料。近近年来对对SnZn系系合金润润湿的研研究取得得了明显显进展，在在SnZn中中添加BBi焊料料是目前前研究较较为广泛泛的无铅铅合金材材料。BBi是一一种表面面活性元元素，在在熔融状状态下，BBi元素素能够向向溶体表表面富集集，导致致合

24、金的的表面张张力减小小。因此此，Bii的加入入提高了了合金的的润湿性性能，研研究表明明在Snn9ZZn为共共晶合金金的基础础上加入入Bi虽虽然提高高了合金金的润湿湿性，但但往往伴伴随着焊焊料力学学性能的的下降，通通过调节节合金中中Zn的的含量，能能够减少少初生ZZn相的的生成，在在提高润润湿性（缩缩短润湿湿时间）的的条件下下降低由由于Bii的加入入带来的的力学性性能恶化化效果。SSn8ZZn3BBi合金金是一种种典型的的SnZn系系无铅焊焊料，其其润湿性性、热学学特性、力力学性能能等性能能匹配良良好。对对于防止止SnZn系系焊料的的抗氧化化一般可可以通过过在焊料料中添加加微量金金属的办办法来解

25、解决。但但是还在在进一步步的研究究中。2.3.3Snn-Bii系列SnBBi系合合金是典典型的低低熔点无无铅焊料料，Snn-588Bi熔熔点为1139。Bii是除PPb以外外离Snn较近元元素，BBi是元元素周期期中排在在第主族（氮氮族）元元素的末末位，BBi的非非金属性性明显比比Pb强强，Bii是菱状状晶体（类类似金属属晶体），具具有脆性性，在SSn合金金里添加加Bi的的焊锡，可可以形成成从共晶晶点的1139到2322的熔化化温度范范围非常常宽的合合金。该该合金形形成化合合物，并并且共晶晶成分形形成单纯纯的共晶晶组织。然然而基体体中固溶溶大量的的Bi是是别的合合金所没没有得特特色。SSn-5

26、58Bii共晶合合金应用用于主板板封装已已经超过过20年年。SnnBi合合金的导导电/导导热性能能不及SSnPbb合金，BBi与SSn有较较好的互互熔性，但但Sn-Bi合合金硬度度高，延延伸性低低，不能能拉成丝丝，一句句话SnnBi合合金焊料料不及 SnPPb合金金焊料那那样好 。所以以考虑在在Sn-58BBi中添添加Agg具有改改善该合合金塑性性的效果果，其延延伸率的的变化非非常明显显。随AAg量的的增加，在在0.55wtAg出出现延伸伸率的峰峰值。但但是含BBi焊料料在遇到到含铅合合金包括括元器件件端焊头头重的铅铅以及PPCB焊焊盘中的的含铅涂涂层时，其其焊点强强度会明明显下降降，产生生这

27、种现现象的原原因之一一是Snn、Pbb、三元元素混熔熔后会形形成Snn-Pbb-Bii三元共共晶析出出，该合合金的熔熔点仅为为97左右。因因此含BBi的焊焊料一定定要杜绝绝Pb的的存在。2.3.4Sn-Cu系列列SnCCu系合合金中的的合金化化合物比比较复杂杂，在共共晶点处处可以看看作Snn-Cuu6Snn5的二二元合金金，熔点点为2227。该合金金不含AAg、价价格低，现现在主要要在重视视经济的的单面基基板波峰峰焊方面面广泛使使用。由由于Cuu6Snn5不像像Ag33Sn那那样稳定定，所以以在微细细共晶组组织在1100保持数数十小时时就会消消失，变变成分散散的Cuu6Snn5颗粒粒的粗大大组

28、织同同时在CCu和 Cu66Sn55之间会会生成CCu3SSn。因因此Snn-Cuu系焊锡锡的高温温保持性性能和热热疲劳等等可靠性性比Snn-Agg系合金金差。为为了细化化该合金金中的CCu6SSn5相相，曾经经尝试添添加微量量的Agg、Nii、等元元素。仅仅仅添加加0.11的Ag，即即可使塑塑性提高高50。另外外，添加加Ni具有有减少焊焊锡渣量量的效果果，已经经逐渐稳稳定地用用作波峰峰焊生产产使用的的焊锡。2.4无无铅焊料料的国内内外现状状在20世世纪800年代后后期，美国首首次颁布布了限制制铅使用用的法律律减少少铅暴露露条律(S17299)、铅铅税法(H1R124779，SS113447)

29、。“无铅电电子产品品”的理念念，由美国国传到欧欧洲、日日本和全全世界发发达国家家。在这这种情况况下，世界上上用量最最大的铅铅锡焊料料，从生产产到使用用都受到到了强烈烈的冲击击，“无铅锡锡基环保保焊料”成为最最热门的的研究课课题。美美国TMMS (Thee Miinerralss ，MMetaals&Matteriialss Soocieety) 春、秋秋季年会会均有论论文报告告无铅焊焊料的研研究成果果。欧共共体的奥奥地利、德德国、法法国、英英国等116国联联合制定定了COOST5531(无铅焊焊料材料料) 研究究计划。对对无铅焊焊料的研研究，基本上上是从以以下三个个方面进进行的:(1)新新型无

30、铅铅焊料合合金的研研制与设设计；(2)焊焊接头疲疲劳研究究及可靠靠性设计计；(3)无无铅焊料料工艺性性能研究究。通过过20多年年的研究究开发，各国材材料工作作者都取取得了一一定的研研究成果果，一些性性能较好好的无铅铅焊料已已经商业业化。在在有限度度的改变变焊接工工艺的前前提下， 无铅焊焊料可以以部分取取代铅锡锡焊料。近近七、八八年以来来，日本、美美国、澳澳大利亚亚、韩国国等国家家的一些些公司，如日本本铝钎料料株式社社、日立立制作，美国国国际机械械公司，澳大利利亚伊科科索尔德德国际股股份有限限公司，韩国三三星等企企业都在在中国境境内申请请并获得得专利，且产品品获得商商业应用用价值和和市场份份额。

31、我我国无铅铅焊料发发展的历历史不长长，起步较较晚，但发展展速度很很快。研研究工作作主要集集中在大大专院校校和科研研院所，有一些些焊料生生产单位位也在进进行开发发研制。但但国内还还未形成成无铅焊焊料的批批量生产产，这是由由于我国国没有立立法限制制铅的使使用，国内一一些大的的电子产产品生产产企业，其产品品主要是是针对国国内市场场，使用无无铅焊料料的要求求还远不不是那么么强烈。而而我国一一些技术术含量较较高的机机电产品品，由于使使用了铅铅锡焊料料，在出口口时受到到阻碍，已严重重影响了了这类产产品在国国际市场场上的竞竞争力。受受世界大大环境的的影响，随着我我国对环环境和生生态的高高度重视视， 使用用无

32、铅焊焊料替代代铅锡焊焊料已提提到议事事日程。我我国是锡锡的生产产和出口口大国，也是消消耗焊料料的各种种电器生生产的大大国，如无铅铅焊料的的研究没没有实质质性的突突破，将会严严重影响响我国的的机电、微微电子行行业的发发展，产品将将失去市市场竞争争力。因因此，大力发发展无铅铅环保焊焊料是当当前一项项迫切和和亟待解解决的问问题。2.5无无铅焊料料的问题题对于无铅铅焊料，主主要的问问题在以以下几方方面：1.替代代合金应应是无毒毒性的。一一些考虑虑中的替替代金属属，如镉和和锑，是毒性性的；其它金金属，如锑、铟铟，由于改改变法规规的结果果可能落落入毒性性种类。2.熔点点应同锡锡铅体系系焊料的的熔点(183

33、3)接近，不应超超过2000。3.供应应材料必必须在世世界范围围内容易易得到，数量上上满足全全球的需需求。某某些金属属如铟和和铋数量量比较稀稀少，只够用用作无铅铅焊锡合合金的添添加成分分。4.替代代合金还还应该是是可循环环再生的的，如将三三四种金金属加入入到无铅铅替代焊焊锡配方方中可能能使循环环再生过过程复杂杂化，并且增增加其成成本。5.机械械强度和和耐热疲疲劳性要要与锡铅铅体系焊焊料大体体相同。6.焊料料的保存存稳定性性要好。7.替代代合金必必须能够够具有电电子工业业使用的的所有形形式，包括返返工与修修理用的的锡线、锡锡膏用的的粉末、波波峰焊用用的锡条条、以及及预成型型。不是是所有建建议的合

34、合金都可可制成所所有的形形式，例如铋铋含量高高将使合合金太脆脆而不能能拉成锡锡线。8.合金金相图应应具有较较窄的固固液两相相区。能能确保有有良好的的润湿性性和安装装后的机机械可靠靠性。9.焊接接后对各各种焊接接点检修修容易。10.导导电性好好，导热性性好。第3章 无铅铅焊接工工艺流程程3.1工工艺流程程简介传统的锡锡铅焊料料在电子子装联中中已经应应用了近近一个世世纪。共共晶焊料料的导电电性、稳稳定性、抗抗蚀性、抗抗拉和抗抗疲劳、机机械强度度、工艺艺性都是是非常优优秀的，而而且资源源丰富，价价格便宜宜。是一一种极为为理想的的电子焊焊接材料料。但由由于铅污污染人类类的生活活环境，危危害人类类的健康

35、康。据统统计，某某些地区区地下水水的含铅铅量已超超标300倍，施施行无铅铅焊接工工艺技术术是大势势所趋。3.1.1无铅焊焊接的现现状无铅焊料料合金成成分的标标准化目目前还没没有明确确的规定定。IPPC等大大多数商商业协会会的意见见：铅含含量00.1-0.22WT%(倾向向0.1%，并并且不含含任何其其它有毒毒元素的的合金称称为无铅铅焊料合合金。1、无铅铅焊料合合金无铅化的的核心和和首要任任务是无无铅焊料料。正公公认能用用的有：(1) 目前最最有可能能替代SSn/PPb焊料料的合金金材料(2) 目前应应用最多多的无铅铅焊料合合金三元元共晶形形式的SSn955.8Ag33.5Cu00.7(美国)和

36、三元元近共晶晶形式的的Sn996.55Agg3.00Cuu0.55(日本本)是目目前应用用最多的的用于再再流焊的的无铅焊焊料。其其熔点为为2166-2220左左右。无铅合金金焊料较较仍然有有以下问问题：(A)熔熔点高334左左右。(B)表表面张力力大、润润湿性差差。(C)价价格高2、PCCB焊盘盘表面镀镀层材料料无铅焊接接要求PPCB焊焊盘表面面镀层材材料也要要无铅化化，PCCB焊盘盘表面镀镀层的无无铅化相相对于元元器件焊焊端表面面的无铅铅化容易易一些。目目前无铅铅标准还还没有完完善，因因此无铅铅元器件件焊端表表面镀层层的种类类很多。3、目前前无铅焊焊接工艺艺技术处处于过渡渡和起步步阶段虽然国

37、际际国内都都在不同同程度的的应用无无铅技术术，但目目前还处处于过渡渡和起步步阶段，从从理论到到应用都都还不成成熟。没没有统一一的标准准，对无无铅焊接接的焊点点可靠性性还没有有统一的的认识，因因此无论论国际国国内无铅铅应用技技术非常常混乱，因因此目前前迫切需需要加快快对无铅铅焊接技技术从理理论到应应用的研研究。3.1.2无铅焊焊接的特特点和对对策(1) 无铅焊焊接的主主要特点点(A)高高温、熔熔点比传传统有铅铅共晶焊焊料高334左左右。(B)表表面张力力大、润润湿性差差。(C)工工艺窗口口小，质质量控制制难度大大。(2) 无铅焊焊点的特特点(A)浸浸润性差差，扩展展性差。(B)无无铅焊点点外观粗

38、粗糙。传传统的检检验标准准与AOOI需要要升级。(C)无无铅焊点点中气孔孔较多，尤尤其有铅铅焊端与与无铅焊焊料混用用时，焊焊端(球球)上的的有铅焊焊料先熔熔，覆盖盖焊盘，助助焊剂排排不出去去，造成成气孔。但但气孔不不影响机机械强度度。(D)缺缺陷多-由于浸浸润性差差，使自自定位效效应减弱弱。无铅焊点点外观粗粗糙、气气孔多、润润湿角大大、没有有半月形形，由于于无铅焊焊点外观观与有铅铅焊点有有较明显显的不同同，如果果有原来来有铅的的检验标标准衡量量，甚至至可以认认为是不不合格的的，随着着无铅技技术的深深入和发发展，由由于助焊焊剂的改改进以及及工艺的的进步，无无铅焊点点的粗糙糙外观已已经有了了一些改

39、改观。3.1.3无铅铅工艺对对助焊剂剂的挑战战(1) 无铅工工艺对助助焊剂的的要求(A)由由于焊剂剂与合金金表面之之间有化化学反应应，因此此不同合合金成分分要选择择不同的的助焊剂剂。(B)由由于无铅铅合金的的浸润性性差，要要求助焊焊剂活性性高。(C)提提高助焊焊剂的活活化温度度，要适适应无铅铅高温焊焊接温度度。(D)焊后残残留物少少，并且且无腐蚀蚀性，满满足ICCT探针针能力和和电迁移移。(2) 焊膏印印刷性、可可焊性的的关键在在于助焊焊剂。确定了无无铅合金金后，关关键在于于助焊剂剂。选择择焊膏要要做工艺艺试验，看看看印刷刷性能否否满足要要求，焊焊后质量量如何。总总之要选选择适合合自己产产品和

40、工工艺的焊焊膏。(3) 无铅焊焊剂必须须专门配配制焊膏膏中的助助焊剂是是净化焊焊接表面面,提高高润湿性性,防止止焊料氧氧化和确确保焊膏膏质量以以及优良良工艺性性的关键键材料。高高温下助助焊剂对对PCBB的焊盘盘，元器器件端头头和引脚脚表面的的氧化层层起到清清洗作用用，同时时对金属属表面产产生活化化作用。(4) 波峰焊焊中无VVOC免免清洗焊焊剂也需需要特殊殊配制。无无铅焊膏膏和波峰峰焊的水水溶性焊焊剂对某某些产品品也是需需要的。(5) 高温对对元件的的不利影影响陶瓷电阻阻和特殊殊的电容容对温度度曲线的的斜率(温度的的变化速速率)非非常敏感感,由于于陶瓷体体与PCCB的热热膨胀系系数CTTE相差

41、差大，在在焊点冷冷却时容容易造成成元件体体和焊点点裂纹，元元件开裂裂现象与与CTEE的差异异、温度度、元件件的尺寸寸大小成成正比。铝电解电电容对清清晰度极极其敏感感。连接器和和其他塑塑料封装装元件在在高温时时失效明明显增加加。主要要是分层层、爆米米花、变变形等、粗粗略统计计，温度度每提高高10，潮湿湿敏感元元件(MMSL)的可靠靠性降11级。解解决措施施是尽量量降低峰峰值温度度;对潮潮湿敏感感元件进进行去潮潮烘烤处处理。(6) 高温对对PCBB的不利利影响高温对PPCB的的不利影影响在第第三节中中已经做做了分析析，高温温容易PPCB的的热变形形、因树树脂老化化变质而而降低强强度和绝绝缘电阻阻值

42、，由由于PCCB的ZZ轴与XXY方向向的CTTE不匹匹配造成成金属化化孔镀层层断裂而而失效等等可靠性性问题。解决措施施是尽量量降低峰峰值温度度，一般般简单的的消费类类产品可可以采用用FR-44基材，厚厚板和复复杂产品品需要采采用耐高高温的FFR-55或CEEMn来来替代FFR-44基材。(7) 电气可可靠性回流焊、波波峰焊、返返修形成成的助焊焊剂残留留物，在在潮湿环环境和一一定电压压下，导导电体之之间可能能会发生生电化学学反应，导导致表面面绝缘电电阻的下下降。如如果有电电迁移和和枝状结结晶(锡锡须)生生长的出出现，将将发生导导线间的的短路，造造成电迁迁移(俗俗称“漏漏电”)的风险险。为了了保证

43、电电气可靠靠性，需需要对不不同免清清洗助焊焊剂的性性能进行行评估。(8) 关于无无铅返修修 无铅铅焊料的的返修相相当困难难，主要要原因：(A)无无铅焊料料合金润润湿性差差。(B)温温度高(简单PPCB2235，复杂杂PCBB2600)。(C)工工艺窗口口小。 无铅铅返修注注意事项项：(A)选选择适当当的返修修设备和和工具。(B)正正确作用用返修设设备和工工具。(C)正正确选择择焊膏、焊焊剂、焊焊锡丝等等材料。(D)正正确设置置焊接参参数。除了要适适应无铅铅焊料的的高熔点点和低润润湿性。同同时返修修过程中中一定要要小心，将将任何潜潜在的对对元件和和PCBB的可靠靠性产生生不利影影响的因因素降至至

44、最低。(9) 关于过过度时期期无铅和和有铅混混用情况况总结。(A)无无铅焊料料和无铅铅焊端效果果最好。(B)无无铅焊料料和有铅铅焊端目前前普通使使用，可可以应用用，但必必须控制制Pb，CCu等的的含量，要要配制相相应的助助焊剂，还还要严格格控制温温度曲线线等工艺艺参数，否否则会造造成可靠靠性问题题。(C)有有铅焊料料和无铅铅焊端效果果最差，BBGA、CCSP无无铅焊球球是不能能用到有有铅工艺艺中的，不不建议采采用。目前无铅铅工艺当当中采用用的钎焊焊料相对对比原来来的焊料料成分方方面锡的的含量增增大很多多，其合合金成分分相对有有很大的的提升。在在生产加加工过程程中，其其锡渣的的产生量量比原来来普

45、通焊焊料的产产生量也也有很大大幅度的的提高。如如果能将将锡渣的的产生量量降低则则对于材材料消耗耗方面的的成本控控制是有有益的。锡渣主要要是锡在在高温环环境下和和氧气发发生反应应产生的的氧化物物，通过过物理高高温搅拌拌可以将将大部分分的锡氧氧分离(即锡渣渣还原)，将分分离的锡锡重新使使用，也也可利用用化学置置换还原原反应将将锡渣中中的氧分分子置换换后还原原成纯锡锡而重复复使用。每个工厂厂可根据据自身的的机器及及工艺安安排等方方面综合合考虑得得到较好好的无铅铅化的道道路。3.1.4氮气气在焊接接中的工工艺应用用(1)氮氮气具有有如下的的七大优优点氮气的物物理性能能佳；在大多数数液体中中的等低低溶性

46、；高顺时流流量；正常条件件下的化化学惰性性；膨胀性能能好，安安全，适适用于高高压工艺艺；储存及使使用方便便。(2)氮氮气应用用的优点点扩大工艺艺窗口，提提高工艺艺适应性性；提高焊接接质量(防止氧氧化，浸浸润性良良好，高高质量焊焊点)；做到免清清洗，适适应环保保要求；达到细间间距芯片片高密度度装配要要求；简化操作作。无铅焊接接的工艺艺过程，实实际上是是液态锡锡合金对对被焊金金属表面面的润湿湿过程，其其润湿力力的提高高、润湿湿时间变变短、润润湿角的的提高，均均说明可可焊性的的提高。实实践证明明，在氮氮气保护护下，润润湿力可可提高550-770%，润润湿时间间可降低低15-30%，润湿湿角平均均提高440%。另另外，助助焊剂的的残留量量可以减减少5%。.3.2无无铅焊接接工艺的的五个步步骤1、选择择适当的的材料和和方法在无铅焊焊接工艺艺中，焊焊接材料料的选择择是最具具挑战性性的。因因为对于于无铅焊焊接工艺艺来说，无无铅焊料料、焊膏膏、助焊焊剂等材材料的选选择是最最关键的的，也是是最困难难的。在在选择这这些材